標籤：

遲來的HTTP2簡明教程

02-16

The standardization effort was supported by Chrome, Opera, Firefox,[9] Internet Explorer 11, Safari, Amazon Silk, and Edge browsers.[10] Most major browsers had added HTTP/2 support by the end of 2015.[11]

According to W3Techs, as of November 2017, 20.5% of the top 10 million websites supported HTTP/2.

這是一段來自維基百科的關於HTTP2的說明，截止2015年底，主流瀏覽器都已經對HTTP2做了支持，根據2017年11月的W3Techs報告說明，全球有1/5的大型網站都已經使用了HTTP2了。作為碼農的你已經可以預料HTTP2的時代即將到來，對於HTTP2的技術細節你都準備好了么？

HTTP2的設計要點

  1. 高度兼容HTTP1.1
  2. 減少客戶端伺服器的交互延遲
    1. Header壓縮
    2. Server Push
    3. Pipelining & Mulplexing

我們平常聽到的GZIP壓縮僅僅是針對HTTP請求的Body部分進行的，這隻能算是半壓縮。對於很多API服務來說，返回的內容體其實並不大，這個時候請求頭就佔據了大部分流量。HTTP2將魔爪伸到了HTTP頭部，這回是徹底的對整個請求都進行壓縮了。

HTTP2的頭壓縮原理完全不同於HTTP1.1，它將常用的HEADER鍵值對映射到一個靜態表裡面的索引值，於是很多頭部的鍵值對使用一個位置索引來表示就可以了。這樣便大大節省了頭部消息的長度。對於那些不常用的自定義的頭部會使用一個動態表來維護，具體原理有一定複雜度，這裡就不再啰嗦了。

Server Push不同於Websocket，Server Push一般是指伺服器主動向客戶端推送數據，這是一種單向的主動推送，而WebSocket是雙向的，這兩種技術不是競爭關係。Server Push可以用在伺服器主動向客戶端推送靜態資源，比如瀏覽器請求index.html時，伺服器除了返回網頁內容外，還會將index.html頁面裡面的各種css和js一起推送到瀏覽器緩存起來，當瀏覽器分析了網頁內容發現靜態資源時，不需要再去伺服器請求一次，它只需要從緩存里直接拿就可以了。不過現代的網站的靜態資源大多都是CDN架構的，靜態資源都在第三方伺服器，Server Push在這方面作用並不大。Server Push還可以用在推送通知消息，比如誰關注了你，誰給你點了贊等，這個可以替代古老的Comet技術和近幾年Google推廣的SPDY協議，它需要伺服器維持當前的TCP通道不關閉，需要持續佔用伺服器資源。

Pipeline是指後一個HTTP請求無需等待前一個HTTP請求返回結果就可以提前發起。HTTP1.1也有Pipeline支持，但是有所不足，並行的還不夠徹底。它可以提前發起請求，但是卻限定了返回結果必須和收到請求的順序保持一致而不能亂序。如果第一個請求伺服器處理慢了，那麼後續的返回結果客戶端無法立即收到，而必須等到第一個結果全部返回了才行。HTTP2則解決了這個問題，它支持亂序返回，甚至不同請求的返回結果的分塊【HTTP Chunk】也可以交叉返回而不會混亂，這種技術稱之為Multiplexing【多路復用】。

HTTP2底層協議

HTTP2協議是二進位協議，不同於HTTP1.1的文本協議。文本協議是以特殊的符號結尾【換行回車符】來分割消息的，而二進位協議是通過位元組長度來分割消息。二進位協議雖然直觀性不如文本協議，但是在實現的時候要簡單直接一些。

HTTP2為支持多路復用，在同一條TCP通道上支持發送多個資源／請求，將每條資源／請求定義為一個Stream【流】，同一個TCP通道可以傳輸多個Stream。同時為了支持多個資源的並行交錯發送，將Stream再次分割為多個Frame【幀】，幀與幀之間可以交錯發送。接收端通過流ID將這些幀組裝起來，通一個流ID的幀屬於同一個資源／請求。因為TCP協議已經可以保證消息包是有序的，所以接收端不必擔心亂序問題。

HTTP2的幀格式非常簡單，就是長度+類型+標誌位+流ID+PayLoad，長度就是PayLoad的位元組數，類型為一個位元組，標誌位為1個位元組，流ID為4個位元組，剩下的長度就是PayLoad。不同類型的幀PayLoad不一樣，標誌位也不一樣。

HTTP2標準里定義了10種類型的幀。

  1. HEADERS幀 頭信息，對應於HTTP HEADER
  2. DATA幀 對應於HTTP Response Body
  3. PRIORITY幀 用於調整流的優先順序
  4. RST_STREAM幀 流終止幀，用於中斷資源的傳輸
  5. SETTINGS幀 用戶客戶伺服器交流連接配置信息
  6. PUSH_PROMISE幀 伺服器向客戶端主動推送資源
  7. GOAWAY幀 通知對方斷開連接
  8. PING幀 心跳幀，檢測往返時間和連接可用性
  9. WINDOW_UPDATE幀 調整幀大小
  10. CONTINUATION幀 HEADERS太大時的續幀

HTTP2標準定義了3個標誌位

  1. END_STREAM 流結束標誌，表示當前幀是流的最後一個幀
  2. END_HEADERS 頭結束表示，表示當前幀是頭信息的最後一個幀
  3. PADDED 填充標誌，在數據Payload里填充無用信息，用於干擾信道監聽

對於一個普通的GET請求來說，它使用一個HEADERS幀就可以表達。HEADERS幀會設置標誌位END_STREAM和END_HEADERS表示當前幀是一個完整的HEADERS幀，也是一個完整的HTTP請求流。

對於一個普通的GET請求響應來說，它使用一個HEADERS幀和多個DATA幀就可以表達。HEADERS幀設置END_HEADERS表示當前幀是一個完整的HEADERS幀，後面的DATA幀表示返回的數據，對應Response Body。在HTTP1.1裡面返回的Body長度較大，就需要分Chunk進行傳輸。HTTP2是通過分成多個DATA幀來進行的，最後一個DATA幀有一個END_STREAM標記表示Body的結束。

如果HEADERS太大無法用一個HEADERS幀表達，可以後面跟多個CONTINUATION幀，最後一個幀附加END_HEADERS標誌即可。

在伺服器主動向客戶端推送資源時，同一個資源流里不使用HEADERS幀，取而代之的是PUSH_PROMISE幀，表示伺服器承諾客戶端即將推送指定資源數據，用於區別一個常規的HTTP GET資源請求。

如果一個TCP連接正在被用於客戶端從伺服器下載一個大型文件，那麼客戶端取消發送這個文件的辦法只有一個，就是關閉連接。HTTP2則可以在不關閉連接的情況下終止發送文件，客戶端向伺服器發送一個RST_STREAM幀通知伺服器停止相應的資源流即可。這個連接還可以繼續服務其它的請求。

HTTP2伺服器接收到一個客戶端的連接時，第一個要乾的事就是和客戶端交換SETTINGS幀信息，告知對方一些交互元信息的設置，例如是否開啟伺服器推送，並行的最大流數量，單幀最大長度等。

在客戶端觀看視頻流時，如果伺服器發送的太慢會影響觀看體驗，如果發的太快，會對客戶端的瀏覽器緩存造成壓力。客戶端可以使用WINDOW_UPDATE幀通知伺服器調整幀窗口大小進而控制服務區發送的數據速率。

閱讀相關文章，關注知乎專欄【碼洞】


推薦閱讀：

TAG:HTTP2 | 高並發 | HTTP |